(57)【要約】【課題】電源電圧のゼロクロス点検出における誤差を低減し、電源周波数の変動が生じた場合でも、安定した動作が可能な電源装置を提供する。【解決手段】交流電源１をリアクタ２を介して短絡する短絡手段３と、交流電源１の電源電圧と基準電圧との大小関係に応じた２値信号に基づいて短絡手段３を駆動する制御部８とを有する電源装置において、交流電源の１周期毎に行われる演算タイミングＰの直前の、立ち上がりエッジＴＰと立ち下がりエッジＴＮとの中間時刻ｔｐおよび周期ｔａｃから、次のゼロクロス点Ｏと次の演算タイミングＰを算出し、かつ、演算タイミング直前の前記２値信号のエッジ方向と１周期前の演算タイミング直前のエッジ方向とが異なる場合に、１周期前に算出した中間時刻と周期を用いてゼロクロス点Ｏの算出を行うことで、実際の電源電圧の周期から大幅にずれることなく短絡手段を駆動して、安定動作を維持することができる。【選択図】図４
2013198236.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源をリアクタを介して短絡する短絡手段と、前記交流電源の電源電圧と所定の基準電圧との大小関係に応じて２値信号を出力する２値信号出力部と、前記２値信号の立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジに基づいて前記短絡手段を駆動する制御部と、を有し、
前記交流電源の１周期毎に行われ、前記電源電圧のゼロクロス点を算出する演算タイミングにおいて、
前記演算タイミング直前の前記２値信号のエッジ方向と１周期前の演算タイミング直前の前記２値信号のエッジ方向を比較するステップと、
前記演算タイミング直前の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジとの中間時刻を算出するステップと、
前記２値信号から前記電源電圧の周期を算出するステップと、
前記中間時刻と前記周期から次の演算タイミングおよび次のゼロクロス点を算出するステップと、を備え、
前記電源電圧のゼロクロス点を算出する演算タイミングにおいて、
前記演算タイミング直前の前記２値信号のエッジ方向が、１周期前の演算タイミング直前のエッジ方向と異なる場合には、１周期前に算出した中間時刻と周期を用いてゼロクロス点の算出を行うことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
交流電源をリアクタを介して短絡する短絡手段と、前記交流電源の電源電圧と所定の基準電圧との大小関係に応じて２値信号を出力する２値信号出力部と、前記２値信号の立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジに基づいて前記短絡手段を駆動する制御部と、を有し、
前記交流電源の１周期毎に行われ、前記電源電圧のゼロクロス点を算出する演算タイミングにおいて、
前記演算タイミング直前の前記２値信号のエッジ方向と１周期前の演算タイミング直前の前記２値信号のエッジ方向を比較するステップと、
前記演算タイミング直前の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジとの中間時刻を算出するステップと、
前記２値信号から前記電源電圧の周期を算出するステップと、
前記中間時刻と前記周期から次の演算タイミングおよび次のゼロクロス点を算出するステップと、を備え、
前記電源電圧のゼロクロス点を算出する演算タイミングにおいて、
前記演算タイミング直前の前記２値信号のエッジ方向が、１周期前の演算タイミング直前のエッジ方向と異なる場合には、前記短絡手段を停止することを特徴とする電源装置。
【請求項３】
前記電源電圧のゼロクロス点を算出する演算タイミングにおいて、
１周期前に算出された前記２値信号の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジとの中間時刻に、前記交流電源の周期の３／２に相当する時間を加算して、次の演算タイミングを算出することを特徴とする請求項１または２に記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電源からの交流電圧を整流して、直流電圧を供給する電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電源電圧のゼロクロス時刻を算出する方法として、２値信号の立ち上がり時刻と立ち下がり時刻を用いて電源電圧のゼロクロス点を算出する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図７は、コンバータ回路における従来のゼロクロス点の算出方法を示している。図７に示すように、電源電圧波形ＳＶの立ち上がり時刻ｔｏｎ（２）と立ち下がり時刻ｔｏｆｆ（２）の中間時刻ｔｐは電源電圧のピーク時刻となる。したがって、中間時刻ｔｐから９０度（ｔａｃ／４）遅れの時刻が立ち下がりのゼロクロス時刻であり、中間時刻ｔｐから２７０度（３・ｔａｃ／４）遅れの時刻が立ち上がりのゼロクロス点となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−４５７６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の電源装置では、例えば、ノイズや負荷の変動により、電源周波数と２値信号が一時的に変動した場合には、正確なゼロクロス点を得ることができないという課題を有していた。
【０００６】
本発明の電源装置は、前記従来の課題を解決するもので、電源周波数に一時的な変動が生じても、変動後の電源周波数における実際のゼロクロス点と、演算タイミングにおいて算出するゼロクロス点とのずれを低減し、算出したゼロクロス点を基に短絡手段を駆動させることで、電源周波数の変動時にも安定動作の維持が可能な電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明の電源装置は、交流電源をリアクタを介して短絡する短絡手段と、前記交流電源の電源電圧と所定の基準電圧との大小関係に応じて２値信号を出力する２値信号出力部と、前記２値信号の立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジに基づいて前記短絡手段を駆動する制御部と、を有し、前記交流電源の１周期毎に行われ、前記電源電圧のゼロクロス点を算出する演算タイミングにおいて、前記演算タイミング直前の前記２値信号のエッジ方向と１周期前の演算タイミング直前の前記２値信号のエッジ方向を比較するステップと、前記演算タイミング直前の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジとの中間時刻を算出するステップと、前記２値信号から前記電源電圧の周期を算出するステップと、前記中間時刻と前記周期から次の演算タイミングおよび次のゼロクロス点を算出するステップと、を備え、前記電源電圧のゼロクロス点を算出する演算タイミングにおいて、前記演算タイミング直前の前記２値信号のエッジ方向が、１周期前の演算タイミング直前のエッジ方向と異なる場合には、１周期前に算出した中間時刻と周期を用いてゼロクロス点の算出を行うことを特徴とする。
【０００８】
これによって、電源周波数が変動した場合における電源電圧の実際のゼロクロス点と、
演算タイミングにおいて算出するゼロクロス点とのずれを低減し、算出したゼロクロス点を基に短絡手段を駆動させることで、電源周波数の変動時にも安定動作を維持することができる。
【０００９】
また、本発明の電源装置は、前記交流電源の１周期毎に行なわれる演算タイミングにおいて、前記演算タイミング直前の前記２値信号のエッジ方向が、１周期前の演算タイミング直前のエッジ方向と異なる場合には、前記短絡手段を停止することを特徴とする。
【００１０】
これにより、短絡手段による意図しないスイッチング動作を防止することができるので、電源装置としての安全性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の電源装置は、電源周波数の変動時にも安定動作を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１における電源装置の回路ブロック図
【図２】本発明の実施の形態１における電源装置の動作説明図
【図３】従来の電源装置におけるゼロクロス点算出の動作フローチャート
【図４】本発明の実施の形態１におけるゼロクロス点算出の動作フローチャート
【図５】本発明の実施の形態２におけるゼロクロス点算出の動作フローチャート
【図６】本発明の実施の形態３における電源装置の動作説明図
【図７】従来のコンバータ回路の一例における動作説明図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
第１の発明は、交流電源をリアクタを介して短絡する短絡手段と、前記交流電源の電源電圧と所定の基準電圧との大小関係に応じて２値信号を出力する２値信号出力部と、前記２値信号の立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジに基づいて前記短絡手段を駆動する制御部と、を有し、前記交流電源の１周期毎に行われ、前記電源電圧のゼロクロス点を算出する演算タイミングにおいて、前記演算タイミング直前の前記２値信号のエッジ方向と１周期前の演算タイミング直前の前記２値信号のエッジ方向を比較するステップと、前記演算タイミング直前の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジとの中間時刻を算出するステップと、前記２値信号から前記電源電圧の周期を算出するステップと、前記中間時刻と前記周期から次の演算タイミングおよび次のゼロクロス点を算出するステップと、を備え、前記電源電圧のゼロクロス点を算出する演算タイミングにおいて、前記演算タイミング直前の前記２値信号のエッジ方向が、１周期前の演算タイミング直前のエッジ方向と異なる場合には、１周期前に算出した中間時刻と周期を用いてゼロクロス点の算出を行うことを特徴とする。
【００１４】
これにより、ノイズや負荷変動などの要因によって電源周波数および２値信号に一時的な変動が生じた場合でも、実際のゼロクロス点と算出されるゼロクロス点とのずれを低減することができ、算出したゼロクロス点に基づいて短絡手段を駆動して、電源周波数の変動時にも安定動作を維持することができる。
【００１５】
第２の発明は、交流電源をリアクタを介して短絡する短絡手段と、前記交流電源の電源電圧と所定の基準電圧との大小関係に応じて２値信号を出力する２値信号出力部と、前記２値信号の立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジに基づいて前記短絡手段を駆動する制御部と、を有し、前記交流電源の１周期毎に行われ、前記電源電圧のゼロクロス点を算出する演算タイミングにおいて、前記演算タイミング直前の前記２値信号のエッジ方向と１周期前の演算タイミング直前の前記２値信号のエッジ方向を比較するステップと、前記演算タイミング直前の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジとの中間時刻を算出するステ
ップと、前記２値信号から前記電源電圧の周期を算出するステップと、前記中間時刻と前記周期から次の演算タイミングおよび次のゼロクロス点を算出するステップと、を備え、前記電源電圧のゼロクロス点を算出する演算タイミングにおいて、前記演算タイミング直前の前記２値信号のエッジ方向が、１周期前の演算タイミング直前のエッジ方向と異なる場合には、前記短絡手段を停止することを特徴とする。
【００１６】
これにより、ノイズや負荷など要因によって電源周波数および２値信号に一時的な変動が生じた場合には短絡手段が駆動されることがなく、よって、意図しないスイッチング動作を防止することができるので、電源装置としての安定性を向上させることができる。
【００１７】
第３の発明は、前記電源電圧のゼロクロス点を算出する演算タイミングにおいて、１周期前に算出された前記２値信号の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジとの中間時刻に、前記交流電源の周期の３／２に相当する時間を加算して、次の演算タイミングを算出することを特徴とする。
【００１８】
これにより、演算タイミングが２値信号のエッジから離れた位置に設定されることとなるので、エッジ検出の誤りを防止することができる。よって、誤って検出されたエッジによる演算を防止することができるので、電源電圧波形の周波数が変動した場合でも安定動作を維持することができる。
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における電源装置を示す回路ブロック図、図２は、本発明の実施の形態１における動作を説明するための波形図、図３は、従来のコンバータ回路におけるゼロクロス点算出の動作フローチャート、図４は、本発明の実施の形態１におけるゼロクロス点算出の動作を示すフローチャートである。
【００２１】
図１において、電源電圧は交流電源１の出力端からリアクタ２を経由して４個のダイオード４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを有するブリッジ回路４に入力される。ブリッジ回路４の出力には平滑コンデンサ５、負荷６が接続されている。また、交流電源１の出力端からリアクタ２を介して交流電源１を短絡および開放する短絡手段３が接続され、制御部８からの指令によって短絡手段３を短絡および開放することで入力電流の力率を改善させる。
【００２２】
また、交流電源１の両端には交流電源１の電源電圧の位相を２値信号で出力し、この２値信号を制御部８に供給する２値信号出力部７が接続されている。
【００２３】
この２値信号出力部７は、図２に示すように、電源電圧波形ＳＶに応じてＯＮ−ＯＦＦ信号を出力するように構成されており、例えば、電源電圧がある基準値Ｖｏ以上になるとＯＮ信号を出力し、基準値以下になるとＯＦＦになるものである。
【００２４】
この２値信号出力部７は、例えば、フォトカプラによって構成され、また、基準電圧Ｖｏは、極めて０Ｖに近い値や０Ｖであってもよい。
【００２５】
なお、図２には交流電源１の正サイクルに２値信号ＳＢが出力される波形を示しているが、負サイクルに２値信号が出力される波形でもよい。
【００２６】
次に、図２および図３を用いて、まず電源電圧波形が通常である場合のゼロクロス点Ｏ（１）の算出方法を説明する。これは、図２に示す演算タイミングＰ（０）の直前の立ち
上がりエッジＴＰ（０）と立ち下がりエッジＴＮ（０）の時刻を用いて、ゼロクロス点Ｏ（１）を算出するものである。
【００２７】
なお、以下の説明において、「エッジ方向」とは、立ち上がりあるいは立ち下がりのエッジの向きを意味するものとする。
【００２８】
最初に、ゼロクロス点Ｏ（１）の算出を開始する時刻として、図３に示す演算タイミングステップＳ１において、演算タイミングＰ（０）を設定する。図２に示す電源装置の動作においては、算出対象であるゼロクロス点Ｏ（１）の直近の、電源電圧波形ＳＶの最下点の時刻を、演算タイミングＰ（０）として設定する。
【００２９】
次に、中間時刻算出ステップＳ２において、設定した演算タイミングＰ（０）の直前の立ち上がりエッジＴＰ（０）および立ち下がりエッジＴＮ（０）の中間時刻ｔｐを算出する。図２に示す電源電圧波形においては、中間時刻ｔｐは電源電圧のピーク時刻となる。
【００３０】
さらに、周期算出ステップＳ３において、電源電圧波形ＳＶの周期ｔａｃを、立ち上がりエッジＴＰ（０）とその１周期前の立ち上がりエッジ（図示せず）の時刻差から算出する。
【００３１】
なお、この電源電圧波形ＳＶの周期ｔａｃは、立ち下がりエッジＴＮ（０）とその１周期前の立ち下がりエッジ（図示せず）の時刻差から算出してもよい。
【００３２】
最後に、ゼロクロス点算出ステップＳ４において、算出した中間時刻ｔｐと周期ｔａｃを用いて、中間時刻ｔｐから３・ｔａｃ／４（２７０度）遅れの時刻を、立ち上がりのゼロクロス点Ｏ（１）として算出する。また、演算タイミングＰ（０）から周期ｔａｃ遅れの時刻を、次の演算タイミングＰ（１）として算出する。
【００３３】
以上のように、演算タイミングＰ（０）を設定し、２値信号ＳＢの立ち上りエッジＴＰおよび立ち下がりエッジＴＮから周期ｔａｃを算出して演算を行い、これを時系列で繰返して行うことで、逐次ゼロクロス点の算出を行うことができる。
【００３４】
次に、交流電源のノイズや負荷の変動などにより、電源電圧波形ＳＶの周波数が変動した場合における、ゼロクロス点の算出方法について図２および図４を用いて説明する。
【００３５】
なお、図２は電源電圧波形ＳＶが変動した場合の例として、周波数が狭くなった場合の波形図である。
【００３６】
電源電圧波形ＳＶの周期が一定以上狭くなると、図２に示すように、演算タイミングＰ（１）の直前に立ち上がりエッジＴＰ（２）、立ち下がりエッジＴＮ（１）が発生する。このような場合に、演算タイミングＰ（１）の直前の立ち上がりエッジＴＰ（２）と立ち下がりエッジＴＮ（１）を用いてゼロクロス点の算出を行うと、電源周波数の変動後の周期に対して、大幅にずれたゼロクロス点が算出され、このゼロクロス点に基づいて短絡手段３の駆動が行われてしまう。
【００３７】
そこで、図４に示すように、中間時刻算出ステップＳ２の前に、エッジ方向比較ステップＣ１を設ける。このエッジ方向比較ステップＣ１において、演算タイミングの直前のエッジ方向と、１周期前の演算タイミングの直前のエッジ方向の比較を行う。エッジ方向の比較の結果、演算タイミングの直前のエッジ方向と１周期前の演算タイミングの直前のエッジ方向とが逆である場合は、正規な波形ではないと判断する。
【００３８】
図２に示す波形では、演算タイミングＰ（１）の直前の立ち上がりエッジＴＰ（２）と、１周期前の演算タイミングＰ（０）の直前の立ち下がりエッジＴＮ（０）とは逆方向である。このような場合に、波形が正規ではないと判定し、ゼロクロス点の算出方法を以下のように変更する。
【００３９】
エッジ方向比較ステップＣ１において、演算タイミングの直前のエッジ方向と１周期前の演算タイミングの直前のエッジ方向が逆であると判断した場合には、図４に示すように、１周期前の中間時刻算出ステップＳ５に進む。
【００４０】
さらに、１周期前の周期算出ステップＳ６において、１周期前の電源電圧波形の周期を算出する。
【００４１】
最後に、ゼロクロス点算出ステップＳ４において、１周期前の中間時刻と周期を用いてゼロクロス点を算出する。
【００４２】
図２に示す波形の場合には、演算タイミングＰ（１）において、１周期前の演算タイミングＰ（０）において用いた、立ち上がりエッジＴＰ（０）と立ち下がりエッジＴＮ（０）から中間時刻ｔｐを算出する。そして、この中間時刻ｔｐから７・ｔａｃ／４遅れの時刻を演算タイミングＰ（１）におけるゼロクロス点として算出する。
【００４３】
このようにゼロクロス点の算出を行うことで、立ち上りエッジＴＰ（２）と立ち下がりエッジＴＮ（１）の中間時刻から前述した通常時の場合と同様にゼロクロス点を算出する場合と比較して、電源電圧波形の実際のゼロクロス点と、算出するゼロクロス点との誤差を低減することができる。
【００４４】
また、数周期後に２値信号ＳＢのエッジ方向が正規と判断された場合、その時刻にて検出した立ち上りエッジおよび立ち下がりエッジを用いてゼロクロス点を算出し、算出したゼロクロス点に基づいて短絡手段を駆動させる。
【００４５】
このように、電源周波数に一時的な変動が生じた場合には、１周期前の立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジから周期およびゼロクロス点を算出する。これにより、周波数変動後の電源電圧波形における実際のゼロクロス点と、算出するゼロクロス点との誤差を低減することができる。また、電源周波数の安定後には、正確なゼロクロス点に基づく挙動に移行する。よって電源電圧の周期変動によっても、実際のゼロクロス点から大幅にずれていない位相にて短絡手段を駆動することができるので、電源装置の安定動作を維持することができる。
【００４６】
なお、図４においては、中間時刻算出ステップＳ２の後に周期算出ステップＳ３を設けているが、このステップの順序は逆でもよく、また、同時に行なわれていてもよい。さらに、図４においては、１周期前の中間時刻算出ステップＳ５の後に１周期前の周期算出ステップＳ６を設けているが、この順序は逆でもよく、同時に行われていてもよい。
【００４７】
また、演算タイミング直前のエッジ方向が、１周期前の演算タイミングの直前のエッジ方向と逆方向であると判断した場合には、不正規フラグをカウントアップしてもよい。そして、不正規フラグが所定数以上カウントされた場合には、２値信号ＳＢの出力をリセットしてから新たな電源周波数に応じた２値信号ＳＢのエッジ時刻を検出するようにする。
【００４８】
これにより、電源周波数の周期からずれたゼロクロス点に基づいて短絡手段を駆動することなく、電源周波数の変動に対応させることができる。
【００４９】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２における電源装置の動作を示すフローチャートである。
【００５０】
本実施の形態２において、実施の形態１と同様の部分については同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００５１】
本実施の形態２と実施の形態１の相違点は、エッジ方向比較ステップＣ１において、演算タイミングの直前のエッジ方向が、１周期前の演算タイミングの直前のエッジ方向と逆方向である判断した場合に、図５に示すように短絡手段停止ステップＳ７を設け、短絡手段３の駆動を停止し開放させる点にある。
【００５２】
その後は、短絡手段３をリセットして新たな電源周波数に応じた２値信号ＳＢのエッジ時刻を検出する、または、数周期後に２値信号ＳＢのエッジを検出して正確なゼロクロス点が算出できた際に、再び短絡手段を駆動させる。
【００５３】
これにより、ノイズや負荷など要因によって電源周波数および２値信号に一時的な変動が生じた場合には短絡手段が駆動されることがなく、よって、意図しないスイッチング動作を防止することができるので、電源装置としての安定性を向上させることができる。
【００５４】
（実施の形態３）
図６は、本発明の実施の形態３における電源装置の動作を説明する波形図である。
【００５５】
本実施の形態３において、他の実施の形態と同様の部分については同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００５６】
本実施の形態３と他の実施の形態との相違点は、演算タイミングを電源電圧波形ＳＶのピーク時刻付近に設定する点である。
【００５７】
具体的には、図３に示すように、１周期前の立ち上がりエッジＴＰ（０）と立下がりエッジＴＮ（０）の中間時刻ｔｐから３・ｔａｃ／２だけ加算した時刻、つまり電源電圧波形のピーク時刻付近を演算タイミングとして算出する。
【００５８】
これにより、演算タイミングＰ（１）が２値信号ＳＢのエッジから離れた位置に設定されるので、エッジ検出の誤りを防止することができる。よって、誤って検出されたエッジによる演算を防止することができるので、電源電圧波形の周波数が変動した場合でも安定動作を維持することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
以上のように、本発明にかかる電源装置は、ノイズや負荷の変動などの要因による電源周波数の一時的に変動しても実際の電源電圧の周期から大幅にずれていないゼロクロス点に基づいて短絡手段を駆動することで、安定した動作を維持することができるので、空気調和器や冷蔵庫をはじめ、洗濯機などの電化製品の電源装置、さらに交流電源の入力電圧の位相を検出する検出装置として適用できる。
【符号の説明】
【００６０】
１  交流電源
２  リアクタ
３  短絡手段
４  ブリッジ回路
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ  ダイオード
５  平滑コンデンサ
６  負荷
７  ２値信号出力部
８  制御部
【図１】
2013198236.tif 000003
【図２】
2013198236.tif 000004
【図３】
2013198236.tif 000005
【図４】
2013198236.tif 000006
【図５】
2013198236.tif 000007
【図６】
2013198236.tif 000008
【図７】
2013198236.tif 000009